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Metalurgia del antimonio

Autor: ANTONIO ROS MORENO
Curso:
10/10 (1 opinión) |2340 alumnos|Fecha publicación: 22/10/2009
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Capítulo 13:

 Extracción por vía pirometalúrgica

            Los principales tratamientos pirometalúrgicos a los que se pueden someter los minerales sulfurados de antimonio ricos (crudos, minerales separados y concentrados de flotación), son:

·                  Reducción directa del sulfuro

            En la metalurgia del antimonio a partir de sus sulfuros (estibina Sb2S3), según el método inglés, se separa el antimonio del azufre al añadir al fundido de estibina hierro metálico, ya que el SFe es mucho más estable que el Sb2S3, verificándose la reducción directa del sulfuro mediante la reacción:

Sb2S3 + 3Fe ? 2Sb + 3FeS

que se realiza a bajas temperaturas, con obtención de antimonio metal.

            Por el alto peso específico del sulfuro de hierro, resulta difícil la separación posterior del antimonio y es preciso añadir sulfuro sódico, que se combina con el sulfuro de hierro, formándose una mata fusible y con bajo peso específico. Esta mata flota en el antimonio líquido, y los productos se separan fácilmente.

            Esta fusión con precipitación se basa en la precipitación del metal del sulfuro fundido por la adición de otro metal más afín con el azufre.

            Este procedimiento puede ser ejecutado en todos los hornos conocidos, como hornos de reverbero, de cuba, de crisol y similares.

            Constituye un gran inconveniente del método el hecho de perderse las cantidades de hierro necesarias para la reacción; pero se hace posible la ejecución económica mediante la recirculación del hierro, previo tratamiento de  calcinación y reducción, al proceso principal de precipitación del antimonio.

            En general, el procedimiento comprende tres fases principales relativamente sencillas:

·       Precipitación de antimonio.

·       Calcinación del hierro.

·       Reducción del hierro.

            La ejecución del procedimiento de precipitación, como ya se ha apuntado, puede realizarse en hornos cualesquiera. Especialmente adecuados son los hornos de reverbero abiertos, que funcionan análogamente a los hornos de reverbero para elaboración de minerales de cobre. En la solera del horno de reverbero se encuentra un baño del metal que se quiere obtener, antimonio, el cual sale ininterrumpidamente por un rebosadero de mismo nivel que el baño o que es sangrado parcialmente a intervalos. Encima se encuentra una capa del residuo de hierro que se ha formado, un mineral de hierro fluido cuyo exceso es también sangrado a intervalos o constantemente. La carga de la mezcla constituida por el producto que contiene el metal y el hierro metálico se realiza entonces convenientemente en las paredes laterales del horno de reverbero, de modo que la carga fría limita a los lados el ataque de las escorias. Como la abertura de colada del residuo de hierro se encuentra generalmente del lado del horno opuesto al del hogar, puede convenir  cargar separadamente el producto que contiene el metal y el hierro, cargando el primero, eventualmente con parte de hierro, en proximidad del hogar y el resto del hierro, por ejemplo en forma de granalla de hierro, por el contrario, en proximidad del punto de sangría de las escorias. Ambas materias son de peso específico más elevado que el residuo fluido de hierro, en el cual se hunden una vez mojadas.

            Al realizarse separadamente la carga de la manera anteriormente descrita, se consigue en el horno de reverbero un funcionamiento en contracorriente, atravesando el residuo fluido de hierro, antes de salir del horno, una zona en la cual hay particularmente mucho hierro metálico. Se consigue de este modo una conversión especialmente radical del antimonio obtenido en forma de régulo. Si al sangrarse el residuo de hierro se arrastra también granalla de hierro, puede convenir recuperarla por separación magnética previo fraccionamiento del residuo y antes de su ulterior elaboración.

            Para evitar toda pérdida de azufre en la elaboración de minerales que lo contienen, conviene formar y mantener constantemente en la superficie del mineral fluido de hierro una capa de escorias que impida todo contacto de los gases oxidantes del horno con el baño de mineral de hierro. En la mayoría de los casos, los minerales de antimonio que son de considerar contienen una suficiente cantidad de productores de escoria para volverla a formar constantemente, procediéndose eventualmente a realizar pequeñas adiciones para reducir la temperatura de fusión. En la elaboración de minerales particularmente ricos puede incluso ser necesario renunciar a todo escorificante o alimentar al ciclo escoria acabada. Para obtener una rápida inmersión de la carga fría en la capa de escorias y en la capa de mineral, conviene en muchos casos realizar adiciones especiales, como de compuestos alcalinos, espato flúor y similares, que produzcan una escoria muy fluida. Si, por ejemplo en la elaboración de productos de concentración ricos, se quiere prescindir de todo escorificante, se puede también prever el horno de forma que la escoria, una vez formada, permanezca constantemente en él y que sólo se elimine por un rebosadero o una abertura de colada el mineral que se encuentra debajo de la capa de escoria.

            Tan ventajoso es cubrir de escoria la superficie del baño de mineral, como poco ventajoso es, por otra parte, dejar que esta capa de escorias alcance demasiada altura, porque la conductibilidad térmica de la escoria es considerablemente inferior a la del mineral y, por lo tanto, una gruesa capa de escorias provoca una reducción de la transmisión de calor y, consecuentemente, de la rapidez de la reacción.

            Las reacciones del mineral de antimonio con hierro metálico se realizan a temperaturas de 1.000–1.200º C; obteniendo un antimonio metálico que posteriormente se afina fundiéndolo con un poco de nitrato potásico, para oxidar el arsénico, el plomo, el azufre, etc., que pueden acompañarlo.

            El proceso, en conjunto, permite obtener un antimonio metálico de calidad adecuada, con un mínimo consumo de hierro, y la posible recuperación de otros metales que lo acompañan mediante volatilización en la calcinación del residuo de hierro, además del posible aprovechamiento del SO2.

·       Tostación y reducción

            Algunas veces se tuesta la estibina nativa en el aire para quitarle el azufre, y el óxido blanco se reduce después con carbón (coque).

La tostación se realiza para transformar los sulfuros en óxidos, los cuales son más fáciles de reducir.

La oxidación precisa una temperatura lo suficientemente alta para producir la necesaria afinidad entre el oxígeno y el compuesto a oxidar. La temperatura más baja utilizada en el proceso es de 600 ºC. Normalmente la temperatura oscila, según el tipo de materia prima y del horno, de 750 a 950 ºC.

Para que la oxidación se realice uniformemente es preciso la existencia de una abundancia de aire, en contacto con la materia a oxidar. La necesidad de la abundancia de aire es debida a que el poder oxidante de él se disminuye cuando se mezcla con los productos gaseosos de la oxidación. La mezcla de aire con los productos gaseosos de la oxidación reduce el poder oxidante al 50 por 100 de su valor.

Se acelera la velocidad de tostación, aumentando la velocidad de desprendimiento de los productos gaseosos y su sustitución por aire puro. La velocidad y también el acabado del tostado están influenciados por el tamaño del material crudo.

La velocidad de tostación tiene un punto máximo, desde el punto de vista económico, ya que al sobrepasarlo, las pérdidas del material en forma de polvo que llevan los gases de escape, no compensan el aumento de velocidad, pues la recuperación de estos polvos es costosa.

Los factores que controlan la tostación son: la temperatura y el tiempo. El calor necesario para realizar la tostación oxidante lo produce la combustión de un combustible, bien solo o mezclado con la carga, o utilizando el calor originado por las reacciones exotérmicas entre el mineral y el oxígeno del aire.

            Mediante el tostado del sulfuro de antimonio se obtiene óxido de antimonio (III y IV), Sb2O3 y Sb2O4 respectivamente, según las reacciones:

2Sb2S3 + 9O2 ? 2Sb2O3 + 6SO2 ?

Sb2S3 + 5O2 ? Sb2O4 + 3SO2 ?

A partir del óxido obtenido por la operación previa de tostación oxidante a la que se ha sometido la mena, se realiza el calentamiento a elevada temperatura con reactivos reductores (cok) para originar un metal fundido o una aleación u otro producto, pero siempre al estado fundido.

Las reacciones de reducción que se producen son:

2Sb2O3 + 3C ? 4Sb + 3CO2 ?

Sb2O4 + 4C ? 2Sb + 4CO ?

            Normalmente la operación de reducción obliga a trabajar a una temperatura superior a la de fusión del metal; si es necesaria la separación de la ganga del metal reducido, es preciso pasar de la temperatura de reducción para alcanzar la de formación y fusión de las escorias.

La cantidad de reductor necesaria no es la estequiométrica de la reacción, sino un exceso del mismo, sobre todo si se utiliza como agente calorífico. El exceso de reductor trae consigo que el metal o la aleación retenga algo de reductor, sobre todo si es susceptible de disolverlo.

El gran inconveniente que se observa en este proceso de oxidación-reducción de la estibina es la contaminación atmosférica producida por el SO2, ya que su concentración es insuficiente para obtener ácido sulfúrico. Por otra parte, se presentan las posibles emisiones de CO2.

            El metal de antimonio obtenido, como en el caso anterior, se afina fundiéndolo con un poco de nitrato potásico, para oxidar el arsénico, el plomo, el azufre, etc., que pueden acompañarlo.

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